JPH08320302A - Gas detection element and its manufacture - Google Patents

Gas detection element and its manufacture

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JPH08320302A
JPH08320302A JP12527095A JP12527095A JPH08320302A JP H08320302 A JPH08320302 A JP H08320302A JP 12527095 A JP12527095 A JP 12527095A JP 12527095 A JP12527095 A JP 12527095A JP H08320302 A JPH08320302 A JP H08320302A
Authority
JP
Japan
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detection element
gas detection
substrate
sensitive film
mol
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Pending
Application number
JP12527095A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Yokoo
明彦 横尾
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Nohmi Bosai Ltd
Original Assignee
Nohmi Bosai Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To obtain a gas detection element whose sensitivity with regard to various organic compounds and to a silane-based gas is high and whose mechanical strength and durability are excellent. CONSTITUTION: A sensitive film 4 which is composed of a sintered body sintered by adding 1 to 10wt.% of colloidal silica to a stannic oxide powder having an average particle size of 0.1 to 1μm is layed, in a thickness of 5 to 20μm, on a flat boardlike substrate 2. A heater which can heat the substrate 2 to 200 to 350 deg.C is installed at the substrate, and a gas detection element is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、耐久性があって製造
工程も簡単なガス検出素子およびその製造方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas detecting element which is durable and has a simple manufacturing process, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術および課題】半導体工場、化学工場や研究
所などで、空気などの他の気体と接触あるいは混合する
と数%の濃度でも自然発火して燃焼する、モノシラン
(SiH4)、ジクロルシラン(SiH2Cl2)、トリクロ
ルシラン(SiHCl3)、ホスフィン(PH3)、ジボラ
ン(B26)やアルシン(AsH3)などの特殊ガスが多
量に使用されるようになるにつれて、これら特殊ガスが
空気中に漏洩するなどして自然発火し火災となる事故が
増加している。このため、このような特殊ガスを低濃度
で検出できるガス検出素子が望まれている。また、一般
の化学工場や塗装工場においても、アルコール類や溶剤
類がリークすることは、工程管理上も作業環境上も好ま
しくないので、これらを早期に検出することが望まれ
る。
2. Description of the Related Art Monosilane (SiH 4 ), dichlorosilane (SiH 4 ) which spontaneously ignites and burns even at a concentration of several% when contacted or mixed with other gases such as air in semiconductor factories, chemical factories and laboratories. 2 Cl 2 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ), phosphine (PH 3 ), diborane (B 2 H 6 ), arsine (AsH 3 ), etc. are used in large quantities, and these special gases are being used. Accidents that spontaneously ignite and become a fire by leaking into the air are increasing. Therefore, a gas detecting element capable of detecting such a special gas at a low concentration is desired. Also, in general chemical plants and coating factories, leakage of alcohols and solvents is not preferable in terms of process control and working environment, so early detection of these is desired.

【0003】従来、これらの微量のガスを検出する素子
として、特公平4−68587号公報や特公平6−12
51号公報等が知られている。これらは特定のガス例え
ばシランガスを検出する素子として、酸化第二スズを主
体とし、これにアンチモン、白金等を配合した焼結体で
あり、これらは空気中からの分子の吸着により、電気抵
抗値が変化する。そして、その素子の焼結体への添加物
や検出時の温度等の条件を設定することにより、特定の
ガスを選択的に検出することが可能となる。しかし、こ
れらの従来の素子は例えば実公平2−40532号公報
および「電気化学および工業物理化学」誌Vol. 54,(198
6年) No. 9, 777頁に記載され、図4にその要部を示す
ように、粉末を焼結するためにペースト状にして所定量
を取り出し、内部にヒーターを有する筒状の基台の周囲
に塗布するという複雑な作業が必要であった。また塗布
の際に厚みのムラができ、効率的でなく、また、強度的
にも満足なものではなかった。また、これらのガス検出
素子の感度もさらに向上することが望まれていた。
Conventionally, Japanese Patent Publication No. 4-68587 and Japanese Examined Patent Publication 6-12 have been used as elements for detecting these minute amounts of gas.
No. 51 publication and the like are known. These are sintered bodies mainly composed of stannic oxide, which is an element that detects a specific gas, such as silane gas, and antimony, platinum, etc. are mixed in these elements, and these are electric resistance values due to adsorption of molecules from the air. Changes. Then, by setting conditions such as the additive to the sintered body of the element and the temperature at the time of detection, it becomes possible to selectively detect a specific gas. However, these conventional devices are disclosed in, for example, Japanese Utility Model Publication No. 2-40532 and "Electrochemical and Industrial Physical Chemistry" Vol. 54, (198).
6 years) No. 9, page 777. As shown in FIG. 4, the main part is made into a paste for sintering powder, and a predetermined amount is taken out, and a cylindrical base having a heater inside. It was necessary to perform a complicated work of applying it to the surroundings of. In addition, unevenness in thickness was caused during coating, which was not efficient and was not satisfactory in strength. Further, it has been desired to further improve the sensitivity of these gas detection elements.

【0004】このような点にかんがみ、本発明者は酸化
第二スズを主材とし、これにコロイド状シリカを添加し
てなるペーストを、平板状の基板上に厚膜状に塗布また
は印刷し、これを焼結することにより、機械的強度も高
く、耐久性に優れ、製造工程も簡便なガス検出素子が得
られることを見いだし、本発明に到達した。
In view of such a point, the present inventor applied a paste containing stannic oxide as a main material to which colloidal silica was added in the form of a thick film on a flat substrate or printing it. The inventors have found that by sintering this, a gas detection element having high mechanical strength, excellent durability, and a simple manufacturing process can be obtained, and the present invention has been accomplished.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、第1
に、平板状の基板の上に感応膜が設けられているガス検
出素子であって、該感応膜は平均粒径0.1〜1μmの
酸化第二スズ粉末に1〜10重量%のコロイド状シリカ
を添加して焼結した焼結体であって、平板状の基板に厚
さ5〜50μmに敷設され、該基板にはこれを200〜
350℃に加熱し得るヒーターが設けられていることを
特徴とするガス検出素子を提供するものである。またそ
の感応膜は、さらに白金(Pt)および/またはパラジ
ウム(Pd)を、スズ(Sn)に対する組成比がPt/
Sn=1〜10モル%、Pd/Sn=1〜10モル%で
いずれか1つまたは組み合わせて含有していることを特
徴とする、上記のガス検出素子を提供するものである。
That is, the present invention is based on the first aspect.
In the gas detection element, a sensitive film is provided on a flat substrate, wherein the sensitive film is 1 to 10% by weight of colloidal stannic oxide powder having an average particle size of 0.1 to 1 μm. It is a sintered body obtained by adding and sintering silica, and is laid on a flat substrate in a thickness of 5 to 50 μm.
The present invention provides a gas detection element characterized in that a heater capable of heating to 350 ° C. is provided. Further, the sensitive film further contains platinum (Pt) and / or palladium (Pd) and has a composition ratio of Pt / Sn to tin (Sn).
There is provided any one or a combination of Sn = 1 to 10 mol% and Pd / Sn = 1 to 10 mol%, and the above gas detection element is provided.

【0006】さらにまた本発明の第2は、酸化第二スズ
粉末を平均粒径0.1〜1μmに粉砕して乾燥させる第
1工程、第1工程で得られた粉末にコロイド状シリカを
1〜10重量%添加して混合する第2工程、第2工程で
得られた粉末に水または有機溶媒、および必要によりバ
インダーを配合してペーストとする第3工程、該ペース
トを平板状の基板に5〜50μm(乾燥時の厚さ)に塗
布して乾燥させる第4工程、および第4工程で得られた
素子を600〜750℃で焼成する第5工程からなる感
応膜の製造方法を提供するものである。さらにまた、第
1工程から第3工程までのいずれかの工程において、白
金化合物および/またはパラジウム化合物を、スズ(S
n)に対する組成比がPt/Sn=1〜10モル%、Pd
/Sn=1〜10モル%で添加することを特徴とする上
記記載の感応膜の製造方法を提供するものである。
A second aspect of the present invention is the first step of pulverizing stannic oxide powder to an average particle size of 0.1 to 1 μm and drying, and the powder obtained in the first step containing colloidal silica. Second step of adding and mixing 10 to 10% by weight, water or an organic solvent to the powder obtained in the second step, and a third step of forming a paste by adding a binder if necessary, the paste on a flat substrate Provided is a method for producing a sensitive film, which comprises a fourth step of applying 5 to 50 μm (thickness when dried) and drying, and a fifth step of baking the element obtained in the fourth step at 600 to 750 ° C. It is a thing. Furthermore, in any of the steps from the first step to the third step, the platinum compound and / or the palladium compound is mixed with tin (S
The composition ratio to n) is Pt / Sn = 1 to 10 mol%, Pd
/ Sn = 1 to 10 mol% is added to provide the above-mentioned method for producing a sensitive film.

【0007】以下に本発明をさらに詳細に説明する。本
発明のガス検出素子は、図1、図2および図3にその1
例の断面図、平面図および背面図が例示される。それぞ
れの図において、1はガス検出素子、2は基板、3はヒ
ーター、4は感応膜、5は電極、そして6は保護膜を表
わす。基板2は磁器例えばアルミナで製造された硬質の
板であり、一枚基板の上下面に電極5やヒーター3、感
応膜4が積層された後に、1チップ毎に分割されたもの
である。ヒーター3は例えば白金または酸化ルテニウム
等からなる加熱線であり、基板2の裏面にあらかじめ印
刷で装着されている。感応膜4は、平均粒径0.1〜1
μmの酸化第二スズ粉末に1〜10重量%のコロイド状
シリカを添加して焼結した焼結体であって、平板状の基
板に厚さ5〜50μmに敷設される。この感応膜を製造
するには、例えば次のような工程で製造するのが好まし
い。
The present invention will be described in more detail below. The gas detecting element of the present invention is shown in FIG. 1, FIG. 2 and FIG.
An example cross-section, top view and rear view are illustrated. In each figure, 1 is a gas detection element, 2 is a substrate, 3 is a heater, 4 is a sensitive film, 5 is an electrode, and 6 is a protective film. The substrate 2 is a hard plate made of porcelain, for example, alumina. The substrate 5, the electrodes 5, the heater 3, and the sensitive film 4 are laminated on the upper and lower surfaces of the substrate, and then divided into chips. The heater 3 is a heating wire made of, for example, platinum or ruthenium oxide, and is mounted on the back surface of the substrate 2 by printing in advance. The sensitive film 4 has an average particle size of 0.1 to 1
It is a sintered body obtained by adding 1 to 10% by weight of colloidal silica to stannic oxide powder of μm and sinter, and is laid on a flat plate substrate to a thickness of 5 to 50 μm. In order to manufacture this sensitive film, it is preferable to manufacture it by the following steps, for example.

【0008】まず第1工程では、酸化第二スズの原料粉
末を温度150〜700℃で約2〜10時間仮焼して、
粉末の表面積や結晶子サイズを調整する。次いでこれを
ボールミルにかけ、平均粒径0.1〜1μmに粉砕して
乾燥させる。次いで第2工程ではこれにコロイド状シリ
カを1〜10重量%、好ましくは2.5〜5.0重量%添
加して混合する。次いで第3工程では、水または有機溶
媒を配合してペーストとする。水や有機溶媒の配合量に
はとくに限定はないが、基板上に印刷または塗布により
均一な厚さで付着させることができるような粘度になら
なければならない。通常これに必要な水または有機溶媒
の量は、粉末成分に対して20重量%以下、好ましくは
10重量%以下である。この場合、バインダーとしては
PVA、PEG、酢酸ビニル等が好適である。次いで第
4工程として、このペーストを基板上にスクリーン印刷
等の方法で印刷するかまたは塗布した後乾燥する。膜の
厚さは乾燥時の厚さで5〜50μm、好ましくは10〜
30μmである。
First, in the first step, stannic oxide raw material powder is calcined at a temperature of 150 to 700 ° C. for about 2 to 10 hours,
Adjust the surface area and crystallite size of the powder. Then, this is subjected to a ball mill, pulverized to an average particle size of 0.1 to 1 μm, and dried. Next, in the second step, 1 to 10% by weight, preferably 2.5 to 5.0% by weight, of colloidal silica is added to and mixed with this. Next, in the third step, water or an organic solvent is mixed to form a paste. The amount of water or organic solvent blended is not particularly limited, but the viscosity must be such that it can be deposited on the substrate by printing or coating in a uniform thickness. Usually, the amount of water or organic solvent required for this is 20% by weight or less, preferably 10% by weight or less, based on the powder component. In this case, PVA, PEG, vinyl acetate or the like is suitable as the binder. Next, as a fourth step, this paste is printed or applied by a method such as screen printing on a substrate and then dried. The thickness of the film is 5 to 50 μm when dried, preferably 10 to 50 μm.
It is 30 μm.

【0009】この第4工程で使用する基板は、図1〜3
に示す基板2を縦横に複数枚並べたような一枚基板を用
い、この時点では、上下面の各電極5と背面のヒーター
3および保護膜6は積層しておく。そして、この工程後
に一枚基板を予め作成いている溝等の位置で分割し、図
示されているような構成となる。スクリーン印刷法は、
上記の一枚基板にマスク板を重ねてペーストを塗布する
ので、一度に一枚基板に区画される基板2の大きさの個
数に作成することができる。次いで第5工程として、こ
れを500〜750℃で焼成して感応膜とする。
The substrate used in this fourth step is shown in FIGS.
1 is used as a substrate in which a plurality of substrates 2 shown in FIG. 2 are arranged vertically and horizontally, and at this time, the electrodes 5 on the upper and lower surfaces, the heater 3 and the protective film 6 on the back surface are laminated. Then, after this step, the single substrate is divided at positions such as grooves that are created in advance, and the configuration shown in the figure is obtained. The screen printing method is
Since the mask plate is overlaid on the above-mentioned one substrate and the paste is applied, it is possible to make the number of substrates 2 divided into one substrate at a time. Then, as a fifth step, this is baked at 500 to 750 ° C. to form a sensitive film.

【0010】上記のようにして得られる感応膜が装着さ
れる基板には、予め背面からヒーター3を取り付け、さ
らにガラス質の保護膜6が被覆されていて、通常のよう
にしてリード線を素子の各電極5に取り付け、センサー
ホルダーに取り付けることにより、ガス検出器が完成す
る。このように、第4工程で使用する基板は、図1〜3
に示す基板2を縦横に複数枚並べたような一枚基板を用
い、この時点で、上下面の各電極5と背面のヒーター3
および保護膜6は積層しておく。そして、この工程後
に、一枚基板を予め作成いている溝等の位置で分割し、
図示されているような構成となる。この一枚基板を用い
る効果は、図示されている各部の構成の全体的に共通
し、分割して基板2となる一枚基板に複数の電極5を同
時に金等による電極材料の蒸着により作成し、白金等の
ヒーター材料のマスク板を用いたペースト塗布により、
ヒーター3を作成し、その上に溶融ガラス等のコート材
のマスク板を用いた塗布により、保護膜6を作成し、上
記ヒーター3の反対面に上記スクリーン印刷法により感
応膜4を作成するので、同時に均質で小型の素子を作成
することができる。
The substrate on which the sensitive film obtained as described above is mounted is preliminarily attached with the heater 3 from the back side, and is further covered with the vitreous protective film 6. The gas detector is completed by attaching it to each electrode 5 and attaching it to the sensor holder. As described above, the substrate used in the fourth step is as shown in FIGS.
1 is used as a substrate in which a plurality of substrates 2 shown in FIG. 2 are arranged vertically and horizontally. At this point, the electrodes 5 on the upper and lower surfaces and the heater 3 on the back surface are used.
And the protective film 6 is laminated. Then, after this step, one substrate is divided at positions such as grooves that are created in advance,
The configuration is as shown. The effect of using this one substrate is common to the whole constitution of each part shown in the figure, and a plurality of electrodes 5 are simultaneously formed on one substrate which is divided into the substrate 2 by vapor deposition of an electrode material such as gold. By applying a paste using a mask material of a heater material such as platinum,
Since the heater 3 is formed, the protective film 6 is formed on the heater 3 by applying a mask plate of a coating material such as molten glass, and the sensitive film 4 is formed on the opposite surface of the heater 3 by the screen printing method. At the same time, it is possible to make a homogeneous and small element.

【0011】本発明においてはまた、酸化第二スズを主
体とし、コロイド状シリカを含有する焼結原料に、他の
成分を添加して、特定ガスに対する選択性や感度を向上
させることができる。これらの成分としては、白金およ
びパラジウムの化合物が挙げられる。これらの成分のス
ズに対する割合は、Pt/Sn=1〜10、好ましくは1
〜5モル%、Pd/Sn=1〜10、好ましくは1〜5
モル%である。
In the present invention, other components can be added to the sintering raw material mainly containing stannic oxide and containing colloidal silica to improve the selectivity and sensitivity to a specific gas. These components include platinum and palladium compounds. The ratio of these components to tin is Pt / Sn = 1 to 10, preferably 1
-5 mol%, Pd / Sn = 1-10, preferably 1-5
Mol%.

【0012】[0012]

【作用】本発明ガス検出素子は、上記のように酸化第二
スズを主体とし、これにコロイド状シリカを配合して焼
結した感応膜を使用したので、微量ガスに対する感度が
極めて高い。また平板状の基台の上に厚膜の感応膜を設
けることにしたので、印刷により、タレや厚みむらのな
い、正確な厚さとパターンに感応膜を敷設することがで
き、製造工程上も品質管理上も簡便、かつ安定して、小
型で強度的にも優れた素子を得ることができる。
In the gas detecting element of the present invention, as described above, the sensitized film mainly composed of stannic oxide and mixed with colloidal silica and sintered is used, and therefore the sensitivity to a trace amount of gas is extremely high. In addition, since we decided to provide a thick sensitive film on a flat base, it is possible to lay a sensitive film with an accurate thickness and pattern without sagging or uneven thickness by printing, and also in the manufacturing process. In terms of quality control, it is possible to obtain a device that is simple and stable, small in size, and excellent in strength.

【0013】以下、本発明を実施例によりさらに説明す
る。
The present invention will be further described below with reference to examples.

【実施例】【Example】

実施例 1 (粒度の影響) 未仮焼の原料粉末(SnO2)を、ボールミルにより時
間を変えて粉砕し、これらの粉末にコロイド状シリカを
5重量%(20%水溶液を用いる)添加し、これに溶剤
として水を粉末に対して10重量%、バインダーとして
PEGを15重量%添加してペーストを調製し、96%
アルミナからなる基台(1チップが2mm×3mm×
0.5mm)に印刷した後、温度650℃で焼成して、
厚さ10μmの感応膜を形成し、これを使用したガス検
出素子の各有機化合物(メタノール、エタノール、イソ
プロピルアルコール(IPA)、トルエン)のガスに対
する感度を測定したところ、図5のような結果を得た。
図において、R0 は25℃空気中における素子の電気抵
抗であり、Rg は測定された各有機化合物のガスの10
0ppm中における素子の電気抵抗である。以下の各実
施例においても、とくに断らない限りこの条件で行われ
た。この図5の結果から判るように、ボールミル処理の
時間を、1日(平均粒径0.91μm)、3日(0.79
μm)、7日(0.75μm)と変えた場合、ある程度
までは粒径が小さくなるほど感度が向上するが、0.7
9μmで最高の感度を示していることが判る。これは焼
結体の気孔構造が感度に関係しているからであろうと考
えられる。一般に、本発明において望ましい平均粒径範
囲は、0.1〜1μmである。
Example 1 (Influence of Particle Size) Uncalcined raw material powder (SnO 2 ) was crushed by a ball mill at different times, and 5% by weight (using 20% aqueous solution) of colloidal silica was added to these powders. Water was added as a solvent to the powder in an amount of 10% by weight, and PEG as a binder was added in an amount of 15% by weight to prepare a paste.
Base made of alumina (1 chip is 2mm x 3mm x
0.5mm), then fire at 650 ℃,
When a sensitive film having a thickness of 10 μm was formed and the sensitivity of the gas detection element using the same to each organic compound (methanol, ethanol, isopropyl alcohol (IPA), toluene) gas was measured, the results shown in FIG. 5 were obtained. Obtained.
In the figure, R 0 is the electrical resistance of the device in air at 25 ° C., and R g is 10 of the measured gas of each organic compound.
It is the electric resistance of the element in 0 ppm. In each of the following examples, the same conditions were used unless otherwise specified. As can be seen from the results of FIG. 5, the ball mill treatment time was 1 day (average particle size 0.91 μm) and 3 days (0.79 μm).
μm) and 7 days (0.75 μm), the sensitivity is improved to a certain extent as the particle size becomes smaller, but 0.7
It can be seen that the highest sensitivity is exhibited at 9 μm. It is considered that this is because the pore structure of the sintered body is related to the sensitivity. Generally, the average particle size range desired in the present invention is 0.1 to 1 μm.

【0014】実施例 2 (コロイド状シリカの効果) 焼成原料である酸化第二スズ中のコロイド状シリカの含
有量は、1〜10重量%、好ましくは2〜6重量%の範
囲であるのが望ましい。未仮焼、1週間ボールミル粉砕
した酸化第二スズ粉末(平均粒径0.75μm)に、コ
ロイド状シリカをそれぞれ2.5、5.0、10.0、2
0.0重量%になるように添加し、実施例1と同様にし
てこれを厚膜印刷後、650℃にて焼成し、感度を測定
したところ、図6のような結果を得た。図6から判るよ
うに、10重量%を越えると段々低下する。これはシリ
カ含有量が高くなると、過剰のシリカが粒子の接触部に
侵入し、粒子を引き離す作用をするからではないかと思
われる。このコロイド状シリカの添加効果は、750℃
以下での焼成でも十分な強度を持つ焼結体が得られるこ
とである
Example 2 (Effect of colloidal silica) The content of colloidal silica in stannic oxide, which is a raw material for firing, is in the range of 1 to 10% by weight, preferably 2 to 6% by weight. desirable. Uncalcined, ball-milled stannic oxide powder (average particle size 0.75 μm) for 1 week and colloidal silica 2.5, 5.0, 10.0, 2 respectively.
When added in an amount of 0.0% by weight, the thick film was printed in the same manner as in Example 1 and baked at 650 ° C., and the sensitivity was measured. The results shown in FIG. 6 were obtained. As can be seen from FIG. 6, when it exceeds 10% by weight, it gradually decreases. It is considered that this is because when the silica content becomes high, excess silica penetrates into the contact portion of the particles and acts to separate the particles. The effect of adding this colloidal silica is 750 ° C.
It is to obtain a sintered body with sufficient strength even by firing below.

【0015】実施例 3 (焼成温度の影響) 原料粉末の焼成温度の素子の感度に及ぼす影響を見るた
めに、未仮焼、1週間ボールミル粉砕した酸化第二スズ
粉末(平均粒径0.75μm)に、コロイド状シリカを
5.0重量%添加し、これを実施例1と同様にして厚膜
印刷後、500〜750℃の範囲の中のいくつかの温度
で焼成し、感度を測定したところ、図7のような結果を
得た。図7から判るように、650℃で最高の感度を示
し、600℃より低い温度および750℃より高い温度
では望ましい感度は得られなかった。もちろん最適の焼
成温度は、アンチモン、白金等の化合物を添加した場合
には変化する。白金の場合はあまり変わらないが、アン
チモンをドーピングする場合には、焼成温度が700〜
800℃と高い。
Example 3 (Effect of firing temperature) In order to see the effect of the firing temperature of the raw material powder on the sensitivity of the element, stannic oxide powder (average particle size 0.75 μm, uncalcined and ball-milled for 1 week) was used. ) Was added with 5.0% by weight of colloidal silica, which was thick-film printed in the same manner as in Example 1 and then fired at several temperatures in the range of 500 to 750 ° C. to measure the sensitivity. However, the result as shown in FIG. 7 was obtained. As can be seen from FIG. 7, the highest sensitivity was obtained at 650 ° C., and the desired sensitivity was not obtained at a temperature lower than 600 ° C. and a temperature higher than 750 ° C. Of course, the optimum firing temperature changes when a compound such as antimony or platinum is added. In the case of platinum, it does not change much, but in the case of doping with antimony, the firing temperature is 700-
It is as high as 800 ℃.

【0016】実施例 4 (感応膜の厚さの影響) ペーストの印刷回数を重ねて膜厚を変えて感度の測定を
行い、図8のような結果を得た。これから判るように、
膜厚が薄いほど感度は高いが、50μmを越えると感度
は低下することが判る。しかしまた膜厚が5μmより薄
いと、十分な強度を有した均一な膜とならず、好ましく
ない。
Example 4 (Effect of Thickness of Sensitive Film) Sensitivity was measured by changing the film thickness by repeating the printing times of the paste, and the results shown in FIG. 8 were obtained. As you can see,
It can be seen that the thinner the film thickness, the higher the sensitivity, but when it exceeds 50 μm, the sensitivity decreases. However, if the film thickness is thinner than 5 μm, a uniform film having sufficient strength cannot be obtained, which is not preferable.

【0017】実施例 5 (ヒーター温度の影響) 未仮焼、1週間ボールミル粉砕した酸化第二スズ粉末
に、コロイド状シリカを5.0重量%添加し、これを実
施例1と同様にして厚膜印刷後、650℃で焼成して素
子を作成し、ヒーター温度を種々変化させて感度を測定
したところ、図9のような結果を得た。図9から判るよ
うに、300℃近傍で感度は最高値を与えた。
Example 5 (Effect of Heater Temperature) 5.0 wt% of colloidal silica was added to stannic oxide powder which had not been calcined and was ball-milled for 1 week. After printing the film, the device was prepared by firing at 650 ° C., and the sensitivity was measured by changing the heater temperature variously, and the results shown in FIG. 9 were obtained. As can be seen from FIG. 9, the maximum sensitivity was given at around 300 ° C.

【0018】実施例 6 (厚膜焼結体のシランガスに
対する感度) 未仮焼、1週間ボールミル粉砕した酸化第二スズ粉末
に、コロイド状シリカを5.0重量%添加し、これを実
施例1と同様にして厚膜印刷後、650℃で焼成して素
子を作成し、ヒーター温度330℃で、種々のシランガ
ス濃度に対する素子の感度を測定した。結果は表1のと
おりである。
Example 6 (Sensitivity of Thick-Film Sintered Body to Silane Gas) 5.0 wt% of colloidal silica was added to stannic oxide powder which had not been calcined and was ball-milled for 1 week. After printing a thick film in the same manner as above, the device was prepared by firing at 650 ° C., and the sensitivity of the device to various silane gas concentrations was measured at a heater temperature of 330 ° C. The results are shown in Table 1.

【0019】[0019]

【表1】 [Table 1]

【0020】この表1から判るとおり、シランガスの濃
度の上昇に対応してR0/Rgも上昇している。シランガ
ス警報機に要求される警報濃度5ppmに対しても、充
分な感度を有していることが判る。
As can be seen from Table 1, R 0 / R g also rises corresponding to the rise in the concentration of the silane gas. It can be seen that the silane gas alarm has sufficient sensitivity even with an alarm concentration of 5 ppm required.

【0021】実施例 7 未仮焼の原料粉末(SnO2)を、1週間ボールミル粉
砕した原料粉末に、コロイド状シリカを5.0重量%添
加するとともに、触媒として塩化パラジウムをPd/S
n=1モル%添加し、これを実施例1と同様にして厚膜
印刷後、650℃で焼成して素子を作成し、感度を測定
した。表2に示すように、このセンサは、通常感度の低
いトルエンやヘキサン(いずれも100ppm)に対し
て、パラジウム無添加のセンサより高い感度を示した。
Example 7 To a raw material powder obtained by ball-milling an uncalcined raw material powder (SnO 2 ) for 1 week, 5.0% by weight of colloidal silica was added, and palladium chloride as a catalyst was added to Pd / S.
After n = 1 mol% was added, a thick film was printed in the same manner as in Example 1 and then baked at 650 ° C. to prepare a device, and the sensitivity was measured. As shown in Table 2, this sensor showed higher sensitivity to toluene and hexane (100 ppm in both cases), which are usually low in sensitivity, than the sensor without palladium added.

【0022】[0022]

【表2】 [Table 2]

【0023】上記のようにして、パラジウムの添加量を
増加して行くと、Pd/Sn=10モル%程度で感度が
高くなくなる。したがって、Pd/Sn=10モル%を
越えるパラジウムの添加は、それ以上の効果はない。ま
た、同様に塩化パラジウムの代わりに塩化白金酸水溶液
を用いて同様に素子を作成し、感度を測定したところ、
同様の結果を得た。すなわち、白金の添加時にもPt/
Sn=1〜10モル%が効果的である。さらに、触媒と
してパラジウムや白金を添加すると、素子の抵抗値が数
倍高くなるので、オキシ塩化アンチモンを用いてアンチ
モンをSb/Sn=2〜8モル%の適当量同時に添加す
ることにより、抵抗値の増加を防ぐことができる。
When the amount of palladium added is increased as described above, the sensitivity becomes low at Pd / Sn = 10 mol%. Therefore, the addition of palladium exceeding Pd / Sn = 10 mol% has no further effect. Similarly, a device was similarly prepared using a chloroplatinic acid aqueous solution instead of palladium chloride, and the sensitivity was measured.
Similar results were obtained. That is, Pt /
Sn = 1 to 10 mol% is effective. Furthermore, if palladium or platinum is added as a catalyst, the resistance value of the element becomes several times higher. Therefore, by using antimony oxychloride and simultaneously adding an appropriate amount of Sb / Sn = 2 to 8 mol%, the resistance value can be increased. Can be prevented from increasing.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、平板状の基板の上に、平均粒径0.1〜1μmの酸
化第二スズ粉末に1〜10重量%のコロイド状シリカを
添加して焼結した焼結体の感応膜を、厚さ5〜20μm
に敷設し、該基板にはこれを200〜350℃に加熱し
得るヒーターを設けたガス検出素子としたので、各種有
機化合物やシラン系のガスに対する感度が高く、かつ機
械的強度や耐久性に優れたガス検出素子を得ることがで
きる。
As described above, according to the present invention, 1 to 10% by weight of colloidal silica is added to stannic oxide powder having an average particle size of 0.1 to 1 μm on a flat substrate. The sensitive film of the sintered body added and sintered has a thickness of 5 to 20 μm.
Since the substrate is a gas detection element provided with a heater capable of heating the substrate to 200 to 350 ° C., it has high sensitivity to various organic compounds and silane-based gases, and has high mechanical strength and durability. An excellent gas detection element can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のガス検出素子の1例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an example of a gas detection element of the present invention.

【図2】本発明のガス検出素子の1例の平面図である。FIG. 2 is a plan view of an example of a gas detection element of the present invention.

【図3】本発明のガス検出素子の1例の背面図である。FIG. 3 is a rear view of an example of the gas detection element of the present invention.

【図4】従来のガス検出素子の1例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a conventional gas detection element.

【図5】粒子の平均粒径による感度の変化を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a change in sensitivity depending on the average particle size of particles.

【図6】シリカ含有量による感度の変化を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a change in sensitivity depending on the content of silica.

【図7】焼成温度による感度の変化を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a change in sensitivity depending on a firing temperature.

【図8】膜厚による感度の変化を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a change in sensitivity with film thickness.

【図9】ヒーター温度による感度の変化を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing a change in sensitivity depending on a heater temperature.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガス検出素子 2 基板 3 ヒーター 4 感応膜 5 電極 6 保護膜 1 gas detection element 2 substrate 3 heater 4 sensitive film 5 electrode 6 protective film

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平板状の基板の上に感応膜が設けられて
いるガス検出素子であって、該感応膜は平均粒径0.1
〜1μmの酸化第二スズ粉末に1〜10重量%のコロイ
ド状シリカを添加して焼結した焼結体であって、平板状
の基板に厚さ5〜50μmに敷設され、該基板にはこれ
を200〜350℃に加熱し得るヒーターが設けられて
いることを特徴とするガス検出素子。
1. A gas detection element comprising a flat substrate and a sensitive film provided on the flat substrate, wherein the sensitive film has an average particle size of 0.1.
A sinter obtained by adding 1 to 10% by weight of colloidal silica to stannic oxide powder of ˜1 μm and sintering the sinter, which is laid on a flat substrate to a thickness of 5 to 50 μm. A gas detecting element, characterized in that a heater capable of heating this to 200 to 350 ° C. is provided.
【請求項2】 感応膜は、さらに白金(Pt)および/
またはパラジウム(Pd)を、スズ(Sn)に対する組
成比がPt/Sn=1〜10モル%、Pd/Sn=1〜1
0モル%でいずれか1つまたは組み合わせて含有してい
ることを特徴とする、請求項1に記載のガス検出素子。
2. The sensitive film further comprises platinum (Pt) and / or
Alternatively, the composition ratio of palladium (Pd) to tin (Sn) is Pt / Sn = 1 to 10 mol%, Pd / Sn = 1 to 1
The gas detection element according to claim 1, wherein any one or a combination of 0 mol% is contained.
【請求項3】 感応膜は、その素子表面にシリコン酸化
物を不連続に担持していることを特徴とする、請求項1
に記載のガス検出素子。
3. The sensitive film is characterized in that silicon oxide is discontinuously carried on the surface of the device.
The gas detection element according to 1.
【請求項4】 酸化第二スズ粉末を平均粒径0.1〜1
μmに粉砕して乾燥させる第1工程、第1工程で得られ
た粉末にコロイド状シリカを1〜10重量%添加して混
合する第2工程、第2工程で得られた粉末に水または有
機溶媒、および必要によりバインダーを配合してペース
トとする第3工程、該ペーストを平板状の基板に乾燥時
膜厚5〜50μmに塗布して乾燥させる第4工程、およ
び第4工程で得られた素子を600〜750℃で焼成す
る第5工程により感応膜を製造し、その後もしくは第1
ないし第5工程の途中で基板にヒーターを付設すること
からなるガス検出素子の製造方法。
4. Stannous oxide powder having an average particle size of 0.1 to 1
First step of pulverizing to dryness to μm and drying, second step of adding 1 to 10% by weight of colloidal silica to the powder obtained in the first step and mixing, water or organic to the powder obtained in the second step Obtained in the third step of adding a solvent and, if necessary, a binder to form a paste, the fourth step of applying the paste to a flat substrate to a dry film thickness of 5 to 50 μm and drying, and the fourth step. A sensitive film is manufactured by a fifth step of baking the device at 600 to 750 ° C.
To a method for manufacturing a gas detection element, which comprises attaching a heater to the substrate during the fifth step.
【請求項5】 第1工程から第3工程までのいずれかの
工程において、白金化合物および/またはパラジウム化
合物を、スズ(Sn)に対する組成比がPt/Sn=1〜
10モル%、Pd/Sn=1〜10モル%で添加するこ
とを特徴とする請求項4に記載のガス検出素子の製造方
法。
5. A platinum compound and / or a palladium compound having a composition ratio of Pt / Sn = 1 to 1 to tin (Sn) in any one of the first to third steps.
The method for producing a gas detection element according to claim 4, wherein the addition is performed at 10 mol% and Pd / Sn = 1 to 10 mol%.
【請求項6】 白金化合物が、塩化白金酸水溶液として
添加される請求項4または5に記載のガス検出素子の製
造方法。
6. The method for producing a gas detection element according to claim 4, wherein the platinum compound is added as a chloroplatinic acid aqueous solution.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024080206A1 (en) * 2022-10-12 2024-04-18 新コスモス電機株式会社 Gas sensor and gas alarm comprising gas sensor

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